Mit der kontinuierlichen Weiterentwicklung und dem Fortschritt der Hydrauliktechnik werden deren Einsatzgebiete immer umfangreicher. Das zur Vervollständigung der Übertragungs- und Steuerfunktionen eingesetzte Hydrauliksystem wird immer komplexer und es werden höhere Anforderungen an seine Systemflexibilität und verschiedene Leistungen gestellt. All dies hat zu präziseren und tieferen Anforderungen an die Konstruktion und Herstellung moderner Hydrauliksysteme geführt. Es ist weit davon entfernt, die oben genannten Anforderungen nur dann zu erfüllen, wenn das herkömmliche System verwendet wird, um den vorgegebenen Aktionszyklus des Aktuators abzuschließen und die statischen Leistungsanforderungen des Systems zu erfüllen.
Daher ist es für Forscher, die sich mit dem Entwurf moderner Hydrauliksysteme befassen, äußerst wichtig, die dynamischen Eigenschaften hydraulischer Übertragungs- und Steuerungssysteme zu untersuchen, die dynamischen Eigenschaften und Parameteränderungen im Arbeitsprozess des Hydrauliksystems zu verstehen und zu beherrschen, um so ... das Hydrauliksystem weiter zu verbessern und zu perfektionieren. .
1. Die Essenz der dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems
Die dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems sind im Wesentlichen die Eigenschaften, die das Hydrauliksystem während des Prozesses des Verlusts seines ursprünglichen Gleichgewichtszustands und des Erreichens eines neuen Gleichgewichtszustands aufweist. Darüber hinaus gibt es zwei Hauptgründe für die Störung des ursprünglichen Gleichgewichtszustands des Hydrauliksystems und die Auslösung seines dynamischen Prozesses: Der eine wird durch die Prozessänderung des Übertragungs- oder Steuerungssystems verursacht; der andere wird durch äußere Einwirkung verursacht. Bei diesem dynamischen Prozess ändert sich jede Parametervariable im Hydrauliksystem mit der Zeit, und die Leistung dieses Änderungsprozesses bestimmt die Qualität der dynamischen Eigenschaften des Systems.
2. Forschungsmethode hydraulischer dynamischer Eigenschaften
Die Hauptmethoden zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften hydraulischer Systeme sind die Funktionsanalysemethode, die Simulationsmethode, die experimentelle Forschungsmethode und die digitale Simulationsmethode.
2.1 Funktionsanalysemethode
Die Übertragungsfunktionsanalyse ist eine Forschungsmethode, die auf der klassischen Kontrolltheorie basiert. Die Analyse der dynamischen Eigenschaften hydraulischer Systeme mit der klassischen Regelungstheorie beschränkt sich normalerweise auf lineare Systeme mit einem Eingang und einem Ausgang. Im Allgemeinen wird zuerst das mathematische Modell des Systems erstellt, seine inkrementelle Form geschrieben und dann eine Laplace-Transformation durchgeführt, sodass die Übertragungsfunktion des Systems erhalten wird und dann die Übertragungsfunktion des Systems in einen Bode umgewandelt wird Diagrammdarstellung, die leicht intuitiv zu analysieren ist. Abschließend werden die Antworteigenschaften anhand der Phasen-Frequenz-Kurve und der Amplituden-Frequenz-Kurve im Bode-Diagramm analysiert. Bei nichtlinearen Problemen werden die nichtlinearen Faktoren häufig ignoriert oder zu einem linearen System vereinfacht. Tatsächlich weisen hydraulische Systeme häufig komplexe nichtlineare Faktoren auf, so dass es bei der Analyse der dynamischen Eigenschaften hydraulischer Systeme mit dieser Methode zu großen Analysefehlern kommt. Darüber hinaus behandelt die Übertragungsfunktionsanalysemethode das Forschungsobjekt als Blackbox, konzentriert sich nur auf die Eingabe und Ausgabe des Systems und diskutiert nicht den internen Zustand des Forschungsobjekts.
Die Methode der Zustandsraumanalyse besteht darin, das mathematische Modell des dynamischen Prozesses des untersuchten Hydrauliksystems als Zustandsgleichung zu schreiben, bei der es sich um ein Differentialgleichungssystem erster Ordnung handelt, das die Ableitung erster Ordnung jeder Zustandsvariablen im Hydrauliksystem darstellt System. Eine Funktion mehrerer anderer Zustandsvariablen und Eingabevariablen; dieser funktionale Zusammenhang kann linear oder nichtlinear sein. Um ein mathematisches Modell des dynamischen Prozesses eines hydraulischen Systems in Form einer Zustandsgleichung zu schreiben, besteht die häufig verwendete Methode darin, die Übertragungsfunktion zur Ableitung der Zustandsfunktionsgleichung zu verwenden oder die Differentialgleichung höherer Ordnung zur Ableitung zu verwenden Zustandsgleichung, und das Power-Bond-Diagramm kann auch zur Auflistung der Zustandsgleichung verwendet werden. Diese Analysemethode berücksichtigt die internen Änderungen des untersuchten Systems und kann Probleme mit mehreren Eingaben und Ausgaben behandeln, was die Mängel der Übertragungsfunktionsanalysemethode erheblich verbessert.
Die Funktionsanalysemethode, einschließlich der Übertragungsfunktionsanalysemethode und der Zustandsraumanalysemethode, ist die mathematische Grundlage für das Verständnis und die Analyse der internen dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems. Die Beschreibungsfunktionsmethode wird für die Analyse verwendet, sodass Analysefehler zwangsläufig auftreten, und sie wird häufig bei der Analyse einfacher Systeme verwendet.
2.2 Simulationsmethode
In einer Zeit, als Computertechnologie noch nicht populär war, war die Verwendung analoger Computer oder analoger Schaltkreise zur Simulation und Analyse der dynamischen Eigenschaften hydraulischer Systeme auch eine praktische und effektive Forschungsmethode. Der analoge Computer wurde vor dem digitalen Computer geboren und sein Prinzip besteht darin, die Eigenschaften des analogen Systems auf der Grundlage der Ähnlichkeit der mathematischen Beschreibung der sich ändernden Gesetze verschiedener physikalischer Größen zu untersuchen. Seine interne Variable ist eine sich kontinuierlich ändernde Spannungsvariable, und der Betrieb der Variablen basiert auf der ähnlichen Betriebsbeziehung der elektrischen Eigenschaften von Spannung, Strom und Komponenten im Stromkreis.
Analogrechner eignen sich besonders zur Lösung gewöhnlicher Differentialgleichungen und werden daher auch als analoge Differentialanalysatoren bezeichnet. Die meisten dynamischen Prozesse physikalischer Systeme, einschließlich hydraulischer Systeme, werden in der mathematischen Form von Differentialgleichungen ausgedrückt, sodass sich Analogcomputer sehr gut für die Simulationsforschung dynamischer Systeme eignen.
Wenn die Simulationsmethode funktioniert, werden verschiedene Rechenkomponenten entsprechend dem mathematischen Modell des Systems verbunden und die Berechnungen werden parallel durchgeführt. Die Ausgangsspannungen jeder Rechenkomponente repräsentieren die entsprechenden Variablen im System. Vorteile der Beziehung. Der Hauptzweck dieser Analysemethode besteht jedoch darin, ein elektronisches Modell bereitzustellen, das für experimentelle Forschung verwendet werden kann, und nicht darin, eine genaue Analyse mathematischer Probleme zu erhalten. Daher weist sie den fatalen Nachteil einer geringen Berechnungsgenauigkeit auf. Darüber hinaus ist seine analoge Schaltung oft komplex aufgebaut und resistent gegen Störungen. Die Fähigkeit, die Außenwelt zu stören, ist äußerst gering.
2.3 Experimentelle Forschungsmethode
Die experimentelle Forschungsmethode ist eine unverzichtbare Forschungsmethode zur Analyse der dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems, insbesondere wenn es in der Vergangenheit keine praktische theoretische Forschungsmethode wie die digitale Simulation gab, sondern nur mit experimentellen Methoden analysiert werden kann. Durch experimentelle Forschung können wir die dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems und die Änderungen damit verbundener Parameter intuitiv und wirklich verstehen, aber die Analyse des Hydrauliksystems durch Experimente hat die Nachteile eines langen Zeitraums und hoher Kosten.
Darüber hinaus sind sich selbst erfahrene Ingenieure bei einem komplexen Hydrauliksystem nicht ganz sicher, ob die mathematische Modellierung genau ist, sodass es unmöglich ist, den dynamischen Prozess korrekt zu analysieren und zu erforschen. Die Genauigkeit des erstellten Modells kann durch die Kombination mit dem Experiment effektiv überprüft werden, und es können Vorschläge zur Überarbeitung gemacht werden, um das richtige Modell zu erstellen. Gleichzeitig können die Ergebnisse der beiden durch Simulation und experimentelle Forschung unter denselben Analysebedingungen verglichen werden, um sicherzustellen, dass die Fehler von Simulation und Experimenten innerhalb des kontrollierbaren Bereichs liegen, sodass der Forschungszyklus verkürzt werden kann und die Vorteile erzielt werden kann auf der Grundlage der Sicherstellung von Effizienz und Qualität verbessert werden. Daher wird die heutige experimentelle Forschungsmethode häufig als notwendiges Mittel zum Vergleich und zur Überprüfung der numerischen Simulation oder anderer theoretischer Forschungsergebnisse wichtiger dynamischer Eigenschaften hydraulischer Systeme eingesetzt.
2.4 Digitale Simulationsmethode
Der Fortschritt der modernen Steuerungstheorie und die Entwicklung der Computertechnologie haben eine neue Methode zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften hydraulischer Systeme hervorgebracht, nämlich die digitale Simulationsmethode. Bei dieser Methode wird zunächst das mathematische Modell des hydraulischen Systemprozesses erstellt und durch die Zustandsgleichung ausgedrückt. Anschließend wird die Zeitbereichslösung jeder Hauptvariablen des Systems im dynamischen Prozess auf dem Computer ermittelt.
Das digitale Simulationsverfahren eignet sich sowohl für lineare Systeme als auch für nichtlineare Systeme. Es kann die Änderungen von Systemparametern unter der Wirkung einer beliebigen Eingabefunktion simulieren und dann ein direktes und umfassendes Verständnis des dynamischen Prozesses des Hydrauliksystems erhalten. Die dynamische Leistung des Hydrauliksystems kann in der ersten Phase vorhergesagt werden, sodass die Entwurfsergebnisse rechtzeitig verglichen, überprüft und verbessert werden können, wodurch effektiv sichergestellt werden kann, dass das entworfene Hydrauliksystem eine gute Arbeitsleistung und hohe Zuverlässigkeit aufweist. Im Vergleich zu anderen Mitteln und Methoden zur Untersuchung der hydraulischen Dynamik bietet die digitale Simulationstechnologie die Vorteile von Genauigkeit, Zuverlässigkeit, starker Anpassungsfähigkeit, kurzen Zyklen und wirtschaftlichen Einsparungen. Daher ist die digitale Simulationsmethode im Bereich der hydraulischen dynamischen Leistungsforschung weit verbreitet.
3. Entwicklungsrichtung von Forschungsmethoden für hydraulische dynamische Eigenschaften
Durch die theoretische Analyse der digitalen Simulationsmethode in Kombination mit der Forschungsmethode des Vergleichs und der Überprüfung der experimentellen Ergebnisse ist sie zur gängigen Methode zur Untersuchung der hydraulischen dynamischen Eigenschaften geworden. Darüber hinaus wird aufgrund der Überlegenheit der digitalen Simulationstechnologie die Entwicklung der Forschung zu hydraulischen dynamischen Eigenschaften eng mit der Entwicklung der digitalen Simulationstechnologie verknüpft sein. Eingehende Untersuchung der Modellierungstheorie und verwandter Algorithmen des Hydrauliksystems sowie die Entwicklung einer Simulationssoftware für Hydrauliksysteme, die einfach zu modellieren ist, damit Hydrauliktechniker mehr Energie für die Erforschung der wesentlichen Arbeit des Hydrauliksystems aufwenden können die Entwicklung des Bereichs der Forschung zu hydraulisch-dynamischen Eigenschaften. eine der Richtungen.
Darüber hinaus sind angesichts der Komplexität des Aufbaus moderner hydraulischer Systeme häufig mechanische, elektrische und sogar pneumatische Aspekte in die Untersuchung ihrer dynamischen Eigenschaften einbezogen. Es ist ersichtlich, dass die dynamische Analyse des Hydrauliksystems manchmal eine umfassende Analyse von Problemen wie der elektromechanischen Hydraulik ist. Daher ist die Entwicklung universeller hydraulischer Simulationssoftware in Kombination mit den jeweiligen Vorteilen von Simulationssoftware in verschiedenen Forschungsbereichen zur Erzielung einer mehrdimensionalen gemeinsamen Simulation hydraulischer Systeme zur Hauptentwicklungsrichtung der aktuellen Forschungsmethode für hydraulische dynamische Eigenschaften geworden.
Mit der Verbesserung der Leistungsanforderungen moderner Hydrauliksysteme kann das herkömmliche Hydrauliksystem den vorgegebenen Aktionszyklus des Aktuators nicht mehr erfüllen und die statischen Leistungsanforderungen des Systems erfüllen. Daher ist es unbedingt erforderlich, die dynamischen Eigenschaften zu untersuchen das hydraulische System.
Auf der Grundlage der Erläuterung des Wesens der Forschung zu den dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems werden in diesem Artikel vier Hauptmethoden zur Untersuchung der dynamischen Eigenschaften des Hydrauliksystems detailliert vorgestellt, darunter die Funktionsanalysemethode, die Simulationsmethode und die experimentelle Forschung Methode und die digitale Simulationsmethode sowie deren Vor- und Nachteile. Es wird darauf hingewiesen, dass die Entwicklung einer einfach zu modellierenden Simulationssoftware für hydraulische Systeme und die gemeinsame Simulation von Mehrdomänen-Simulationssoftware die Hauptentwicklungsrichtungen der Forschungsmethode für hydraulische dynamische Eigenschaften in der Zukunft sind.
Zeitpunkt der Veröffentlichung: 17. Januar 2023